本发明涉及焊片及其焊接方法，具体为一种zn基六元合金焊片及其焊接方法。
背景技术：
1、镁合金熔点低(如az91d镁合金熔点为596℃，az31b镁合金熔点为650℃，am60b镁合金熔点为615℃)，因此在焊接加热过程中元素的扩散激活能较低，组织出现粗化和力学性能降低的倾向随焊接温度的增加而增大，焊接时需采用大功率的焊接热源，焊缝及近缝区易产生过热、晶粒长大、结晶偏析等现象，降低了接头性能。同时，镁合金导热性好，线膨胀系数大，且易与一些合金元素(如zn、cu、al、ni等)形成低熔点共晶体(如mg-zn共晶点温度为340℃，mg-cu共晶点温度为480℃，mg-al共晶点温度为430℃，mg-ni共晶点温度为508℃)，脆性温度区间较宽，焊接加热过程中部件各部位温度梯度大，易产生内应力从而萌生裂纹。
2、因此，镁合金的焊接材料首先需要较低的熔点，从而可以降低焊接温度，控制焊后变形和基材力学性能下降。其次，为了获得良好的冶金结合，焊料需要对镁合金具有良好的润湿性。然而，镁合金表面性质活泼，在对镁合金进行焊接加热时往往形成氧化物或氢氧化物，导致镁合金表面的焊料难以润湿铺展，产生虚焊等问题，降低结合强度。开发高强度、高导电可焊接镁合金用的低熔点、高强度且破膜能力强的焊料及其配套工艺是亟需解决的问题。zn、mg、al三组元形成了低熔点合金，三种组元与母材组元兼容性好，有利于实现低温焊接。然而，三元焊料合金焊接性能仍有不足，主要体现在扩散反应速度过快，形成的反应层组织粗大、导致结合力不足。
技术实现思路
1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种能够提高焊缝的力学性能的zn基六元合金焊片，本发明的另一目的是提供一种焊接温度降低、焊合率高的zn基六元合金焊片的焊接方法。
2、技术方案：本发明所述的一种zn基六元合金焊片，包括以下质量百分数的物质：4.5～5.5wt.％mg，4.5～5.5wt.％al，0.5～1wt.％mn，0.5～1wt.％zr，1.0～1.5wt.％稀土元素，余量为zn。
3、进一步地，稀土元素为ce、y、er、gd中的一种或多种。
4、进一步地，熔化温度为340～382℃。
5、本发明所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，包括以下步骤：
6、步骤一，用砂纸对待焊镁合金母材表面进行打磨，清洗，烘干，得到待焊镁合金母材；
7、步骤二，将待焊镁合金母材按照从上至下石墨压头、石墨纸垫片、待焊镁合金母材、zn基六元合金焊片、待焊镁合金母材、石墨纸垫片、下石墨冲头的装配次序装配到sps烧结炉内的石墨垫片上；
8、步骤三，调整焊接压力，抽真空，焊接过程中保证温度持续稳定的升高，在焊接作业时先达到镁合金的连接温度340～350℃，保温，随后匀速降温至90～100℃，最后水冷降温至室温，得到镁合金焊接件。
9、进一步地，步骤一中，砂纸为sic砂纸，打磨依次使用400目、800目、1500目的sic砂纸。清洗为激光清洗，利用高能激光束照射焊片表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除清洁焊片表面附着物或表面涂层。使待焊镁合金母材的表面形成深度1～5微米，直径3～5微米的凹坑点阵，单位面积微坑数量40000个/mm2，这些表面微坑有利于放电等离子体形成，提高焊接强度和焊合率。
10、进一步地，步骤三中，焊接压力为3～10kn，真空度为小于1pa。升温速率为30～50℃/min，升温时间为5～8min，保温时间为1～10min。降温速度为24～30℃/min，降温时间为8～12min。水冷时间为5～10min。焊接连接温度优选为340℃，焊接温度低，有利于实现快速的微观冶金反应和冶金结合，匀速降温的过程中减少了冷却速度过快导致的应力集中，得到的焊接接头变小，残余应力低，解决了焊接虚焊结合强度较低等技术难题。
11、制备原理：加入mn、zr、re(稀土元素)进行了反应层组织的优化。其作用效果体现在：(1)mn在反应界面富集，可存在于mgzn相当中，可能由于mn作为置换固溶体元素，在mgzn相中扩散速度慢，因此抑制了反应层化合物的过度生长，导致mgzn相反应层厚度有所降低，可减少反应产生的内应力，提高界面的结合力；(2)zr能够弥散分布在反应界面，在镁中的固溶度很小，具有很强的晶粒细化作用，细化反应层组织，能有效减少内应力，改善接头质量，有一定的强化作用。(3)适量稀土元素的加入能使焊料的润湿性更好，一定程度上改善反应层组织，使其均匀、细小，并且能通过固溶和时效强化提高反应层力学性能。
12、zn基焊料在mg合金钎焊领域具有较大的优势。zn是一种低熔点金属，熔点仅有419.53℃，也是镁合金合金化元素中的一种，在镁合金中能起到良好的强化效果。zn与mg均为密排六方结构，当zn含量较小时(zn<1wt.％时)，zn在mg中的作用一方面表现为自身的固溶强化，另一方面，少量的zn还可以增加a1在mg中的溶解度，提高a1的固溶强化作用；在mg-zn系合金中，当含zn<6wt.％时，随着zn含量增加，抗拉强度和屈服强度提高，伸长率降低；zn>6wt.％时，抗拉强度随zn含量增加反而下降，伸长率下降更多。zn可以提高铸件的抗蠕变性能，zn含量大于2.5wt.％时则对合金的防腐性能有负面的影响。因此，工业上使用的mg-zn系合金，zn含量一般小于6wt.％。通过固溶强化，zn可以提高镁合金的流动性和强度，但大于2wt.％的zn会导致热裂纹。zn对由于fe或ni掺杂引起的腐蚀起有效的保护作用。含有zn和锆、稀土元素的镁合金能通过弥散强化来提高强度。除此之外，在镁合金中加入锌元素能提高其液态流动性，降低其熔点，且能够细化晶粒，形成显微缩松，可以产生沉淀强化。
13、镁合金基材的活性较大，表面易氧化，一般钎剂难以有效去除表面氧化物，其残留物的腐蚀性对基材又有较大影响。zn基钎料相比al基和mg基钎料具有更低的熔点，作为中间层钎料在真空气氛保护下对镁合金具有良好焊接效果，强度较高。
14、放电等离子焊接技术可以利用金属间隙的气体放电效应激发等离子体产生，形成微观的局部高温(2000℃)，有效破除镁合金的氧化层，在焊接温度低于焊料熔点的前提下实现快速的微观冶金反应和冶金结合。适当的压力作用(5-15mpa)会促进粉末颗粒间的连接，加强焊接效果。其保温过程又能促使焊缝和热影响区中的晶粒细化，进一步改善了组织，从而提高焊缝的强度和韧性。
15、采用放电等离子真空焊接技术低温焊接mgzn系镁合金的方法，采用放电等离子真空焊接技术，焊接过程中，电流流经模具和焊片产生大量的焦耳热用于加热升温，经过待焊接焊片的电流，因初期颗粒之间存在间隙，相邻颗粒之间将产生火花放电，一些气体分子被电离，产生的正离子和电子分别向阴极和阳极移动，在颗粒之间放电形成等离子体，随着等离子体的密度不断增大，高速反向运动的粒子流对颗粒表面产生较大的电火花冲击力，不仅可去除吸附的气体或破碎的mg合金氧化膜，而且能净化和活化表面颗粒，同时可促进物质的迁移速率，使其快速扩散，可降低焊接温度和缩短焊接时间。粉末颗粒边缘在脉冲电场作用下产生焦耳热瞬间形成高温场，在压力的作用下，实现了粉末颗粒塑性变形的提高，有利于mg合金的无变形、高强度低温焊接。
16、有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
17、1、能够使焊接温度降低，抑制扩散反应层和焊缝组织中的粗大化合物生成，从而使镁合金母材组织结构在焊接过程中几乎不受影响，减少焊接过程中产生的内应力，实现镁合金的无变形焊接，整体焊合率可达到99％以上，提高焊缝的力学性能；
18、2、可以去除吸附的气体或破碎的mg合金氧化膜，而且能净化和活化表面颗粒，同时可促进物质的迁移速率，使其快速扩散，可降低焊接温度和缩短焊接时间；
19、3、采用放电等离子真空焊接技术利用金属间隙的气体放电效应激发等离子体产生，形成微观的局部高温(2000℃)，有效破除氧化层，在环境温度低于钎料熔点的前提下实现快速的微观冶金反应和冶金结合，在尽可能降低焊接焊接温度的前提下，降低钎料的熔点，控制钎料的熔程，并抑制扩散反应层和焊缝组织中的粗大化合物生成，提高焊缝的力学性能，焊接接头剪切强度达到102.84mpa；
20、4、对焊片进行了符合放电等离子焊接工艺情况的前处理，有利于放电等离子体形成，提高焊接强度和焊合率。
1.一种zn基六元合金焊片，其特征在于，包括以下质量百分数的物质：4.5～5.5wt.％mg，4.5～5.5wt.％al，0.5～1wt.％mn，0.5～1wt.％zr，1.0～1.5wt.％稀土元素，余量为zn。
2.根据权利要求1所述的一种zn基六元合金焊片，其特征在于：所述稀土元素为ce、y、er、gd中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种zn基六元合金焊片，其特征在于：熔化温度为340～382℃。
4.根据权利要求1所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，其特征在于：所述步骤一中，砂纸为sic砂纸，打磨依次使用400目、800目、1500目的sic砂纸。
6.根据权利要求4所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，其特征在于：所述步骤一中，清洗为激光清洗，使待焊镁合金母材的表面形成深度1～5微米，直径3～5微米的凹坑点阵。
7.根据权利要求4所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，其特征在于：所述步骤三中，焊接压力为3～10kn，真空度为小于1pa。
8.根据权利要求4所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，其特征在于：所述步骤三中，升温速率为30～50℃/min，升温时间为5～8min，保温时间为1～10min。
9.根据权利要求4所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，其特征在于：所述步骤三中，降温速度为24～30℃/min，降温时间为8～12min。
10.根据权利要求4所述的一种zn基六元合金焊片的焊接方法，其特征在于：所述步骤三中，水冷时间为5～10min。
